Россия
Россия
Цель исследования – изучить закономерности изменчивости плодородия агросерых почв производственного массива, предназначенного для проведения полевого опыта с фосфорно-калийными удобрениями. Исследование было проведено на земельных площадях предприятия «Сухобузимское» в Красноярской лесостепи Красноярского геоморфологического округа, расположенного в пределах Чулымо-Енисейского денудационного плато юго-западной окраины Средней Сибири. Его географическое положение определяется координатами 56°26' с.ш. и 92°54' в.д. Объект исследования – агросерая среднегумусная среднемощная легкоглинистая почва на красно-бурой глине, сформирована на ступенчатом слабопокатом с выраженными эрозионными уступами южном макросклоне междуречья Шила-Миндерла. Неоднородность земельного участка изучали рекогносцировочным обследованием территории, используя методические подходы к изучению сильно варьирующих свойств почв на близких расстояниях. Результаты агрохимического обследования агросерой почвы выявили слабокислую реакцию среды, низкое содержание гумуса, аммиачного азота, подвижного фосфора и среднюю обеспеченность подвижным калием. Вариабельность агрохимических показателей отличалась широким размахом: минимальное обнаруживалось для реакции почвенной среды, максимальное было характерно для аммиачных соединений азота. В целом по убыванию уровня вариабельности показатели распределились в следующий убывающий ряд: N-NH4 (60 %) > гумус (19 %) > P2O5 (13 %) > K2O (10 %) > рНН2О (4 %). Для изученных почвенных свойств обнаружена сильная пространственная зависимость (10 %), что связано с положением точек опробования. Рассчитанные величины почвенно-экологического индекса (ПЭИ) и почвенно-агроклиматического индекса (ПАКИ) имели относительно невысокие значения: 32,0 и 29,6 соответственно. При этом «содержание гумуса» оказывало влияние на уменьшение почвенного коэффициента, а «обеспеченность подвижным фосфором» – на снижение агрохимического индекса.
пространственная неоднородность плодородия почвы, агрохимические свойства, минералогический состав почвы, агроэкологическая оценка, геостатистика
Введение. При проведении полевых опытов с минеральными удобрениями необходим учет не только пространственной пестроты агрохимических свойств почв. Также значима агроэкологическая оценка земельного массива с учетом природного варьирования его почвенного покрова. С точки зрения достоверности ожидаемых результатов исследований важной задачей является установление пределов варьирования значений агрохимических показателей, при которых опытный участок может считаться выровненным [1]. Реальное пространственное распределение подвижных элементов питания в полевых условиях является существенным фактором рационального распределения удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур, и агрохимическое обследование должно отражать реальную картину [2].
Проблема фосфорно-калийного питания сельскохозяйственных культур для земледельческой зоны Красноярского края не менее актуальна, чем азотного. По данным [3], в почвах региона наблюдается значительная пестрота, обусловленная не окультуриванием почв, а природными факторами почвообразования. Причем дисперсия тем больше, чем выше среднее содержание элемента питания в почвах. Низкая обеспеченность агросерых почв подвижным фосфором и средняя подвижным калием обусловливают актуальность планируемых исследований.
В изменившихся социально-экономических условиях двух последних десятилетий усилилась агроэкологическая направленность в изучении и оценке структуры почвенного покрова, особенно в связи с распространением адаптивно-ландшафтных систем земледелия [3, 4]. Переход к ним требует обязательного учета экологических факторов, ограничивающих продуктивность земельного угодья: климата, рельефа, литологических условий, почвенного покрова и его пространственной неоднородности, состояния растений. Поэтому представляется целесообразным включить в перечень используемых оценочных показателей изучаемого земельного участка почвенно-экологический индекс (ПЭИ) и почвенно-агроклиматический индекс (ПАКИ) [5, 6].
Цель исследования – изучить закономерности изменчивости плодородия агросерых почв производственного массива, предназначенного для проведения полевого опыта с фосфорно-калийными удобрениями.
Объекты и методы. Исследование было проведено на земельных площадях предприятия «Сухобузимское» в Красноярской лесостепи Красноярского геоморфологического округа, расположенного в пределах Чулымо-Енисейского денудационного плато юго-западной окраины Средней Сибири. Его географическое положение определяется координатами 56°26' с.ш. и 92°54' в.д. Климат территории резко континентальный (коэффициент континентальности, рассчитанный по Иванову, – 220) и засушливый (гидротермический коэффициент по Селянинову – 0,9).
Опытный участок расположен на южном склоне междуречья Шила-Миндерла – притоков Енисея II порядка, впадающих в приток I порядка – р. Бузим. Междуречье имеет более высокие абсолютные отметки по сравнению с соседними и более глубокое расчленение, амплитуда высот на южном макросклоне составляет 130 м, абсолютные отметки водораздела 320 м. На соседнем междуречье Бузим-Миндерла амплитуда высот всего 50 м. Рельеф склона денудационный, созданный плоскостным смывом.
Склон ступенчатый, слабопокатый, с выраженными эрозионными уступами. На пологих террасовидных поверхностях располагаются сельскохозяйственные поля. Суммарный уклон поверхности макросклона составляет 2,1°, варьируя на отдельных участках от 1,5 до 4,5°. На опытном участке наклон составляет около 2,5°. Схема размещения элементарных делянок и точек опробования на поле представлена на рисунке.
Местоположение опытного участка внутри производственных посевов (А) и схема размещения элементарных делянок и точек опробования (Б)
По данным рентгенофазовой дифракции минералогический состав агросерой почвы представлен кварцем, количество и размер зерен которого определяют гранулометрический состав и многие физические свойства почвы, а также калиевым полевым шпатом – микроклином (KALSi3O8), натриевым полевым шпатом альбитом (NaALSi3O8), амфиболом-козулитом, серпентином, глинистыми минералами групп: иллита, монтмориллонита, хлорита, каолинита. Наличие иллита и калиевых полевых шпатов в почве определяет среднюю обеспеченность ее обменным калием.
Объект исследований – агросерая среднегумусная среднемощная легкоглинистая на карбонатных песчанисто-иловатых легких глинах почва.
Для изучения внутрипольной неоднородности земельного участка, где предполагалась организация полевых исследований, осуществляли рекогносцировочное изучение территории площадью 0,5 га. Объем выборки составил 28 индивидуальных проб [7]. В границах производственных посевов заложены реперные участки прямоугольной формы с учетной площадью 0,33 га. Основные химические и физико-химические параметры почвы представлены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели химических и физико-химических свойств агросерой почвы
|
Показатель |
Значение |
|
Глубина, см |
0–20 |
|
Гумус, % |
3,89 |
|
рНН2О |
6,4 |
|
Сa2+, ммоль /100 г |
26,2 |
|
Mg2+, ммоль /100 г |
5,1 |
|
S, ммоль /100 г |
31,3 |
|
Hr |
2,5 |
|
ЕКО |
33,8 |
|
V, % |
92,6 |
|
Содержание фракций, %: |
|
|
< 0,01 |
64,1 |
|
< 0,001 |
39,4 |
Исследования проводили, исходя из представлений об объективно существующих уровнях неоднородности почв и их свойств [8], а также используя методические подходы к изучению сильно варьирующих свойств почв на близких расстояниях [9].
Химические и физико-химические показатели получены по общепринятым прописям современных методов [10]. Минералогический состав агросерой почвы определяли рентгенофазовым анализом, который выполняли на рентгеновском дифрактометре «ДРОН-4». Регистрацию и обработку рентгеновской дифракции проводили с использованием компьютерной системы обслуживания. Полученные дифрактограммы расшифровывали по стандартной процедуре путем сравнения с библиотекой эталонных рентгеновских дифракционных спектров порошковых материалов (ASTM). Для всех данных рассчитаны основные статистические характеристики при помощи программ Excel и Statistica. Геостатистический анализ проводили с помощью пакета Surfer в соответствии с рекомендациями [11].
Определение ПЭИ и ПАКИ проводилось по методике [6]. Расчет ПЭИ проводили по формуле
ПЭИ = 
,
где 12,5 – постоянный множитель для всех почв; V – плотность сложения в среднем для метрового слоя, г/см3; 2 – максимально возможная плотность, г/см3; П – полезный объем почвы, основанный на гранулометрическом составе; Дс – дополнительно учитываемые свойства (гумусность, мощность гумусового горизонта); А – итоговый агрохимический индекс; КУ – коэффициент увлажнения; Р – постоянная поправка к коэффициенту увлажнения; КК – коэффициент континентальности; 100 – поправка к КК.
ПАКИ рассчитывали по формуле
,
где 2,0 – постоянный множитель (коэффициент пропорциональности); (2 – Vпл) – суммарный показатель, рассчитанный как разность между максимально возможным уплотнением почвы и усредненной величиной плотности данной почвы в метровом слое; M – поправка на гранулометрический состав почвы; Д – дополнительно учитываемые свойства почв (смытость, солонцеватость и т. д.); ∑t > 10° – годовая сумма температур выше 10°; t°n – поправка на сумму температур в зависимости от крутизны и экспозиции склона и широты местности; КУ – коэффициент увлажнения; Р – постоянная поправка к коэффициенту увлажнения; Кn – поправка к величине КУ на экспозицию и крутизну склонов; КК – коэффициент континентальности климата.
Результаты и их обсуждение. Материалы агрохимического обследования агросерой почвы выявили низкое содержание гумуса (табл. 2), согласно градациям, разработанным [12]. Уровень пространственного варьирования показателя соответствовал среднему. Размах варьирования представлен значениями, охватывающими только одну градацию оценочной шкалы. Весь исследованный участок по средним значениям рН характеризовался слабокислой реакцией среды. Ее варьирование в 0–20 см слое почвы указывало на однородность распределения в пространстве.
Таблица 2
Статистические показатели агрохимических показателей агросерой почвы (n = 28)
|
Показатель |
Гумус |
рНН2О |
N-NH4 |
P2O5 |
K2O |
||||
|
% |
т/га |
мг/кг |
кг/га |
мг/кг |
кг/га |
мг/кг |
кг/га |
||
|
Х* |
3,88 |
90,62 |
6,2 |
5,32 |
12,5 |
77,24 |
180,84 |
216,80 |
507,31 |
|
Sx |
0,36 |
10,38 |
0,04 |
1,67 |
4,45 |
5,00 |
16,70 |
6,73 |
15,75 |
|
V, % |
19 |
23 |
4 |
60 |
62 |
13 |
19 |
10 |
12 |
Здесь и далее: Х – среднее; Sx – ошибка средней; V – коэффициент вариации.
Максимально варьирующим показателем на участке оказалось содержание аммонийного азота. Его концентрация оценивалась «низкими» значениями. Перечисленное является закономерным для условий агросерых почв земледельческой зоны Красноярского края.
Значительно слабее изменялась пространственная неоднородность почвы по содержанию подвижных форм фосфора и калия. Количество легкорастворимых соединений фосфора в среднем составило 77,2 мг/кг почвы и оценивалось как «низкое» со средним уровнем варьирования показателя. С позиции закладки планируемого полевого опыта с минеральными удобрениями обозначенная информация указывает на необходимость ее учета при выборе способа размещения делянок на стационаре [13]. Исследуемая агросерая почва характеризовалась средней обеспеченностью и запасами подвижного калия. Его распределение в пространстве более равномерно, чем подвижного фосфора, однако также соответствовало средней степени варьирования.
В качестве показателя, интегрирующего почвенные и климатические условия, рассмотрим почвенно-экологический индекс, а также его модификацию – почвенно-агроклиматический индекс. Рассчитанные нами величины ПЭИ и ПАКИ согласуются с ранее установленными характеристиками [14] и указывают на относительно невысокие их значения (табл. 3).
Таблица 3
Агроэкологическое состояние агросерой почвы
|
Показатель |
Значение |
|
Индекс почвы |
Лс |
|
Составляющие ПЭИ: |
|
|
2 – V |
0,83 |
|
П |
0,95 |
|
ДС |
0,91 |
|
ПИ |
8,97 |
|
P2O5 |
0,91 |
|
K2O |
1,0 |
|
pH |
0,96 |
|
АИ |
0,87 |
|
КИ |
4,10 |
|
ПЭИ |
32,0 |
|
ПАКИ |
29,6 |
Поскольку в алгоритме ПЭИ используются почвенные, агрохимические и климатические параметры, то, вероятно, что при сходных климатических показателях (КИ = 4,1), свойственных для обследуемой территории, продуктивность растений будет находиться в зависимости от почвенных свойств, прежде всего, физических и агрохимических. Согласно рассчитанным составляющим индексов, «содержание гумуса» оказало влияние на уменьшение почвенного коэффициента, а из агрохимичесих – «обеспеченность подвижным фосфором». Таким образом, плодородие исследуемого земельного массива, вероятно, будет лимитироваться содержанием органических соединений и подвижных фосфатов.
Необходимость исследования внутрипольной неоднородности предполагает выбор наиболее диагностически чувствительных показателей, при помощи которых можно оценить уровень пространственной пестроты плодородия [15]. Коэффициент вариации нельзя считать определяющим показателем однородности. В последнее время для оценки вариации стал использоваться универсальный метод – вариограммный анализ. Выполненные расчеты выявили довольно сильную пространственную зависимость (10 %) для оцениваемых почвенных свойств (табл. 4). По-видимому, она связана с положением точек опробования. Ранг пространственной корреляции составлял от 1 до 56 м.
Таблица 4
Статистические и геостатистические показатели свойств агросерой почвы (n = 28)
|
Показатель |
Х |
lim |
V, % |
Наггет-эффект |
Порог дисперсии |
Ранг |
Класс пространственной зависимости, % |
|
рНН2О |
6,2 |
5,8–6,9 |
4,0 |
0,1 |
1,0 |
1,0 |
10 |
|
Гумус, % |
3,8 |
3,1–4,7 |
19,0 |
0,1 |
1,0 |
2,6 |
10 |
|
P2O5, мг/кг |
77,2 |
65,7–87,8 |
13,0 |
0,1 |
1,0 |
56,6 |
10 |
По убыванию уровня вариабельности показатели распределились в ряд: N-NH4 (60 %) > гумус (19 %) > P2O5 (13 %) > K2O (10 %) > рНН2О (4 %). Таким образом, по тестируемым показателям территория земельного участка отнесена к невыровненной по плодородию и характеризовалась закономерным варьированием.
Заключение. Вариабельность агрохимических показателей отличалась широким размахом: минимальное значение обнаруживалось для реакции почвенной среды, максимальное было характерно для аммиачных соединений азота. В целом по убыванию уровня вариабельности показатели распределились в следующий убывающий ряд: N-NH4 (60 %) > гумус (19 %) > P2O5 (13 %) > K2O (10 %) > рНН2О (4 %). Для изученных почвенных свойств обнаружена сильная пространственная зависимость (10 %). Рассчитанные величины ПЭИ и ПАКИ имели относительно невысокие значения: 32,0 и 29,6 соответственно. При этом «содержание гумуса» оказывало влияние на уменьшение почвенного коэффициента, а «обеспеченность подвижным фосфором» – на снижение агрохимического индекса.
1. Витковская С.Е. Методы оценки пространственной и временной неоднородности биомассы и элементного состава сельскохозяйственных культур. СПб.: АФИ, 2019. 91 с.
2. Медведев В.В., Мельник А.И. Неоднородность агрохимических показателей почвы в пространстве и во времени // Агрохимия. 2010. № 1. С. 20–26.
3. Антипина Л.П. Фосфор в почвах Сибири: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. Омск, 1991. 32 с.
4. Почвенно-экологическая оценка сельскохозяйственных земель Красноярского края, Иркутской области, Республики Бурятия / А.А. Шпедт [и др.] // Земледелие. 2022. № 1. С. 9–13.
5. Кирюшин В.И. Методология комплексной оценки сельскохозяйственных земель // Почвоведение. 2020. № 7. С. 871–879.
6. Применение и верификация почвенно-экологического индекса при оценке структур почвенного покрова пахотных угодий / Д.С. Булгаков [и др.] // Почвоведение. 2013. № 11. С. 1367–1376.
7. Белоусов А.А., Белоусова Е.Н. Влияние внутрипольной неоднородности почвенного плодородия на выбор элементов методики полевого опыта // Вестник КрасГАУ. 2013. № 6 (81). С. 55–62.
8. Козловский Ф.И. Теория и методы изучения почвенного покрова. М.: ГЕОС, 2003. 536 с.
9. Медведев В.В. Неоднородность почв и точное земледелие. Ч. 1. Харьков: 13 типография, 2007. 296 с.
10. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. M.: ГЕОС, 2006. 400 с.
11. Информационное обеспечение современных систем земледелия в России / В.П. Якушев [и др.] // Вестник РАН. 2021. Т. 91, № 8. С. 755–768.
12. Когут Б.М., Семенов В.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с.
13. Пути сохранения и повышения плодородия почв Красноярского края: науч.-практ. рекомендации / Е.В. Алхименко [и др.]. Красноярск, 2020. 48 с.
14. Оценка плодородия почв и почвенных комбинаций пахотных земель Красноярской лесостепи / В.В. Чупрова [и др.] // Почвоведение и агрохимия. 2015. № 2 (55). С. 47–56.
15. Самсонова В.П. Пространственная изменчивость почвенных свойств: на примере дерново-подзолистых почв. М.: ЛКИ, 2008. 160 с.
